JPH06148049A - Life evaluation method for metal materials - Google Patents
Life evaluation method for metal materialsInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は火力発電設備のボイラー
管等の高温，高圧の条件で使用される金属材の寿命評価
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating the life of a metal material used in a boiler pipe of a thermal power plant under high temperature and high pressure conditions.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】火力発
電設備のボイラー管等、高温，高圧下で使用されている
金属材は、長期の使用によりクリープ破断するので、安
全運転のために適宜交換する必要があり、無駄のない交
換のためにその寿命評価をすることが必要である。即ち
予測寿命と、安全性とを考慮して可及的に交換時期を遅
らせるのが望ましいからである。2. Description of the Related Art Metal materials used under high temperature and high pressure, such as boiler tubes of thermal power generation facilities, will creep rupture due to long-term use, and should be replaced as appropriate for safe operation. It is necessary to evaluate the life of the replacement for efficient replacement. That is, it is desirable to delay the replacement time as much as possible in consideration of the expected life and safety.
【０００３】従来使用されている寿命評価方法には破壊
試験法と、非破壊評価法とがある。前者は評価対象の中
から一部の管を抜き出し、これに対してクリープ破断試
験を行い、同材料の新材のクリープ破断試験値との対比
で消費寿命を算出し、又は余命を予測する方法である。
この方法は比較的正確に評価することが可能ではある
が、管の抜き出し、その代替品の装着に多大の工数を要
するし、それが不可能な大径のヘッダー管には適用でき
ない。Conventionally used life evaluation methods include a destructive test method and a non-destructive evaluation method. The former is a method of extracting some pipes from the evaluation target, performing a creep rupture test on this, and calculating the life expectancy by comparing it with the creep rupture test value of a new material of the same material, or predicting the remaining life. Is.
Although this method can be evaluated relatively accurately, it requires a lot of man-hours for extracting the tube and mounting a substitute thereof, and cannot be applied to a large-diameter header tube where it is impossible.
【０００４】このために後者の非破壊評価法が重視され
ている。従来の非破壊評価法としては、クリープに伴っ
て生じるボイドを検出して評価する方法があるが、ボイ
ド発生まで、即ち全寿命の30〜40％を消費する迄はボイ
ドが現れず適用できない。またボイドはレプリカ法によ
り検出するのであるが、計測者により検出ボイドのバラ
ツキが大きくこのために評価の精度が低いという問題が
ある。For this reason, the latter nondestructive evaluation method is emphasized. As a conventional nondestructive evaluation method, there is a method of detecting and evaluating voids caused by creep, but the voids do not appear until the occurrence of voids, that is, until 30 to 40% of the total life is consumed, and therefore it cannot be applied. Further, although the void is detected by the replica method, there is a problem that the accuracy of evaluation is low due to the large variation in the detected void depending on the measurer.
【０００５】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたものであり、評価対象と実質的に同一の材質
のサンプル複数に相異なる熱履歴を与えて、その硬度を
測定し、測定硬度と熱履歴に係る時間・温度パラメータ
との関係を予め求めておき、実評価時には評価対象物の
硬度を測定し、これを前記関係にあてはめて時間・温度
パラメータを求めることにより、非破壊的に、また個人
差なく、また余命が長い段階においても高精度に寿命評
価ができる金属材の寿命評価方法を提供することを目的
とする。The present invention has been made in order to solve such a problem, and the hardness is measured by applying different thermal histories to a plurality of samples having substantially the same material as the object of evaluation. Non-destructive by determining the relationship between hardness and time / temperature parameter related to thermal history in advance, measuring the hardness of the object to be evaluated during actual evaluation, and applying this to the above relationship to determine the time / temperature parameter. In addition, it is an object of the present invention to provide a method for evaluating the life of a metal material, which enables highly accurate life evaluation without individual differences and even when the life expectancy is long.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明に係る金属材の寿
命評価方法は、熱履歴を表す時間・温度パラメータと破
断応力との関係に基づき金属材の寿命を評価する方法に
おいて、評価対象と実質的に同一の材質のサンプル複数
に異なる熱履歴を経させた上で各サンプルの硬度を測定
し、測定結果に基づきその硬度と各熱履歴に対応する時
間・温度パラメータとの関係を予め求めておき、評価対
象の硬度を測定し、測定硬度と前記関係とにより評価対
象に係る時間・温度パラメータを特定し、特定した時間
・温度パラメータに基づいてその寿命を評価することを
特徴とする。A method for evaluating the life of a metal material according to the present invention is a method for evaluating the life of a metal material based on the relationship between time / temperature parameters representing thermal history and fracture stress. The hardness of each sample is measured after subjecting multiple samples of substantially the same material to different thermal histories, and the relationship between the hardness and the time / temperature parameters corresponding to each thermal history is determined in advance based on the measurement results. The hardness of the evaluation target is measured, the time / temperature parameter related to the evaluation target is specified based on the measured hardness and the above relationship, and the life is evaluated based on the specified time / temperature parameter.
【０００７】[0007]
【作用】金属の硬度は消費寿命又は時間・温度パラメー
タと関連を有するので、サンプルについて予め求めてお
いた関係を利用して評価対象の時間・温度パラメータを
特定できる。この時間・温度パラメータと評価対象の使
用時間 (既知) からその時間で連続使用したと看做せる
使用等価温度が求められ、この使用等価温度から寿命が
求められる。ところで、ボイラー管等に用いられる金属
のうち、特に炭素鋼、低合金鋼の時効または使用中に生
じる硬度変化は、母材部に比べて溶接部（溶着金属部，
熱影響部）の方が遙かに大きい。従って、評価対象と実
質的に同一の材料のサンプルとしては溶接部を有するも
のを用いるのが望ましく、また硬度は溶接部の硬度を測
定することとするのが望ましい。Since the hardness of the metal is related to the consumption life or the time / temperature parameter, the time / temperature parameter to be evaluated can be specified by using the relationship obtained in advance for the sample. From this time / temperature parameter and the usage time (known) of the evaluation target, the equivalent operating temperature that can be regarded as continuous use at that time is obtained, and the life is obtained from this equivalent temperature. By the way, among metals used for boiler tubes and the like, the change in hardness of carbon steel and low alloy steel, especially during aging or during use, is greater than that of the base metal in the welded part (welded metal part,
The heat affected zone is much larger. Therefore, it is desirable to use a sample having a welded portion as a sample of the material that is substantially the same as the object to be evaluated, and for hardness, it is desirable to measure the hardness of the welded portion.
【０００８】[0008]
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する評価対象の鋼管がSTBA24，STPA24を素材とす
るものである場合、同素材からなるサンプルにつき表１
に示す温度（550,600,650 及び700 ℃) 、時間(100,100
0,3000及び10000 時間) の条件で時効熱処理を行う。評
価対象が溶接部を有しているのでサンプルも同様の溶接
を行ったものを用いる。[Embodiments] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings showing the embodiments. When the steel pipe to be evaluated is made of STBA24 and STPA24, a sample made of the same material is shown in Table 1
Temperature (550, 600, 650 and 700 ℃), time (100, 100)
Aging heat treatment is performed under the conditions of 0,3000 and 10000 hours). Since the object to be evaluated has a welded part, the same welded sample is used.
【０００９】[0009]
【表１】 [Table 1]
【００１０】表１内の数値は前記時間・熱パラメータと
して採用したラルソン−ミラー値である。ラルソン−ミ
ラー値は Ｔ（Ｋ＋log ｔ） 但し、Ｔ：温度（Ｋ） ｔ：時間（Hr) Ｋ：定数 で表わされる。Ｋはここでは20を採用した。The values in Table 1 are Larsson-Miller values adopted as the time / heat parameters. The Larson-Miller value is T (K + log t) where T: temperature (K) t: time (Hr) K: constant. K adopted 20 here.
【００１１】時間・温度パラメータとしてはラルソン−
ミラー値に限らず従来から知られているものが用いられ
る。例えばOrr−Srerby−Dorn法, Manson−Succop法, M
anson−Haferd法, 及びManson−Brown 法のパラメータ
が挙げられる。Larson-
Not only the mirror value but also a conventionally known one is used. For example, Orr-Srerby-Dorn method, Manson-Succop method, M
The parameters of the anson-Haferd method and the Manson-Brown method are listed.
【００１２】時効熱処理の後、溶着金属部, 細粒の熱影
響部、粗粒の熱影響部の３箇処についてビッカース硬さ
(Hv)の測定を行う。測定硬度はビッカース硬さに限ら
ず、他のものでもよいが実際の評価対象をその設置場所
で測定できる方法を採り得るものである必要がある。図
１〜３は横軸にラルソン−ミラー値、縦軸にビッカース
硬さをとって示した測定結果のグラフである。After the aging heat treatment, the Vickers hardness of the welded metal portion, the heat-affected zone of the fine grains, and the heat-affected zone of the coarse grains
(Hv) is measured. The measurement hardness is not limited to Vickers hardness, but other hardness may be used, but it is necessary that a method capable of measuring an actual evaluation target at the installation site can be adopted. 1 to 3 are graphs of the measurement results in which the horizontal axis represents the Larson-Miller value and the vertical axis represents the Vickers hardness.
【００１３】図４は本発明方法によって寿命評価をする
場合に便利なように作成したノモグラムである。横軸は
ラルソン−ミラー値を示している。下部の縦軸は評価対
象のクリープ破壊応力又は評価対象に加わる応力を示
し、この部分に示す曲線は評価対象の平均クリープラプ
チャー曲線である。この曲線は独自に作成してもよいが
評価対象について公表されている曲線を使用してもよ
い。上部の縦軸は使用等価温度を示しこの使用等価温度
と横軸のラルソン−ミラー値とによって定まる時間をパ
ラメータとして直線で描いてある。FIG. 4 is a nomogram prepared so as to be convenient when the life is evaluated by the method of the present invention. The horizontal axis shows the Larson-Miller value. The vertical axis in the lower part indicates the creep fracture stress of the evaluation target or the stress applied to the evaluation target, and the curve shown in this part is the average creep rupture curve of the evaluation target. This curve may be created independently, or a curve published for the evaluation target may be used. The vertical axis in the upper part shows the equivalent temperature for use, and is drawn as a straight line with the time determined by the equivalent temperature for use and the Larson-Miller value on the horizontal axis as a parameter.
【００１４】以上のような資料の準備を行っておいた上
で実際の評価対象についての寿命評価を行う。評価対象
のビッカース硬さを溶着金属部、細粒，粗粒の熱影響部
の３箇処につきその設置現場で測定する。この測定値の
夫々を図１〜３を用いてラルソン−ミラー値Ｐx を決定
する。火力発電設備においては評価対象の管の使用時間
ｔC を厳重に管理しているのでこれを Ｐx ＝Ｔx (20＋log ｔC ) ×10-3 に代入してこのｔC の間の使用等価温度Ｔx を算出す
る。After preparing the above-mentioned materials, the life of an actual object to be evaluated is evaluated. The Vickers hardness to be evaluated is measured at the installation site for each of the heat-affected zones of the weld metal, fine grains and coarse grains. The Larson-Miller value P x is determined using FIGS. 1 to 3 for each of the measured values. In the thermal power generation equipment, the usage time t C of the pipe to be evaluated is strictly controlled, so substitute this into P x = T x (20 + log t C ) × 10 -3 and use equivalent during this t C Calculate the temperature T x .
【００１５】図４ではその上部を使用してＴx を読取る
ことができる。即ちｔC の直線を用いてＰx に対応する
温度の座標値がＴx となる。一方図４のグラフの下部よ
り評価対象に作用している応力σx からそのラルソン−
ミラー値Ｐt を求める。これはその応力が印加され続け
た場合に破壊することになる時間, 熱によって定まるラ
ルソン−ミラー値、つまりその応力下での全寿命を表す
ラルソン−ミラー値であるということになる。In FIG. 4, the upper part can be used to read T x . That is, the coordinate value of the temperature corresponding to P x is T x using the straight line of t C. While its Larsson from the stress sigma x acting on the evaluation object from the bottom of the graph of FIG. 4 -
Find the mirror value P t . This means the Larson-Miller value, which is determined by the time and the time when the stress continues to be applied, and which is determined by heat, that is, the Larson-Miller value representing the total life under the stress.
【００１６】このＰt とＴx との交点を求める。この交
点の直線の並記方向の位置は使用等価温度Ｔx で応力σ
x を受け続けた場合の全寿命（時間）を表すことにな
る。図示の例ではこれはｔx に相当する。消費寿命はｔ
C 時間であるから両者の差ｔx−ｔC が余命となる。な
おＰt ，Ｔx をラルソン−ミラー値の計算式に代入して
対応する時間ｔx を算出してもよいことは勿論である。The intersection of this P t and T x is determined. The position of the straight line of this intersection in the parallel direction is the stress σ at the equivalent temperature T x used.
It represents the total life (hours) when continuously receiving x . In the example shown, this corresponds to t x . Life is t
The difference t x -t C of both the life expectancy because it is C times. It is needless to say that P t and T x may be substituted into the Larson-Miller value calculation formula to calculate the corresponding time t x .
【００１７】以上２種類の金属 (低合金鋼) を例にとっ
て示したが、本発明は前記金属の他、例えばSTB42,STB5
2 等の炭素鋼、STBA22,STBA23,STPA22,STPA23 等の低合
金鋼にも適用することが可能である。即ち、本発明は、
時効または使用中に硬度変化が生じる金属であれば適用
可能で、特に母材部の硬度変化に比べて溶接部の硬度変
化が大きい金属に適用して有用である。Although two types of metals (low alloy steels) have been shown as examples above, the present invention is not limited to the above metals, but may be, for example, STB42, STB5.
It can also be applied to carbon steels such as 2 and low alloy steels such as STBA22, STBA23, STPA22 and STPA23. That is, the present invention is
It is applicable as long as it is a metal whose hardness changes during aging or during use, and is particularly useful when applied to a metal in which the hardness change in the welded part is greater than the hardness change in the base metal part.
【００１８】[0018]
【発明の効果】表２は各種評価対象につき本発明方法と
従来方法とを適用して求めた寿命消費率を対比したもの
である。従来法(1) はクリープ破断試験、従来法(2) は
ボイド面積率法による。破壊試験で直接的に寿命評価を
する従来法(1) は最も正確であろうがそれでもバラツキ
が±10％程度であるとされている。これを考慮すると本
願発明は従来法(1) と略一致しており、従来法(2) 比し
て格段に高精度であると言うことができる。EFFECT OF THE INVENTION Table 2 compares the life consumption rates obtained by applying the method of the present invention and the conventional method for various types of evaluation objects. The conventional method (1) is based on the creep rupture test, and the conventional method (2) is based on the void area ratio method. The conventional method (1), which directly evaluates the life by a destructive test, may be the most accurate, but the variation is still about ± 10%. Considering this, the present invention is substantially in agreement with the conventional method (1) and can be said to be significantly more accurate than the conventional method (2).
【００１９】[0019]
【表２】 [Table 2]
【００２０】以上のように本発明によれば非破壊試験な
がら高精度の寿命評価が可能となり、本発明は高温, 高
圧設備の保守業務に寄与する処多大である。As described above, according to the present invention, highly accurate life evaluation can be performed while performing non-destructive testing, and the present invention greatly contributes to maintenance work of high temperature and high pressure equipment.
【図１】ラルソン−ミラー値と硬度との関係を示すグラ
フである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between Larson-Miller value and hardness.
【図２】ラルソン−ミラー値と硬度との関係を示すグラ
フである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between Larson-Miller value and hardness.
【図３】ラルソン−ミラー値と硬度との関係を示すグラ
フである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between Larsson-Miller value and hardness.
【図４】寿命評価用ノモグラフである。FIG. 4 is a life evaluation nomograph.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 稔 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 大北 芳久 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 川上 繁幸 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 押川 辰也 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 渡邉 肇 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 太田 邦雄 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属テ クノロジー株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Minor Kubota Minoru Kubota 4-53-3 Kitahama, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd. (72) Yoshihisa Ohkita, Douji Watanabe, Chuo-ku, Fukuoka-shi, Fukuoka 1-82, Kyushu Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Shigeyuki Kawakami 2-82-1, Watanabe-dori, Chuo-ku, Fukuoka-shi, Fukuoka Prefecture Kyushu Electric Power Co., Ltd. (72) Tatsuya Oshikawa Watanabe, Chuo-ku, Fukuoka-shi, Fukuoka No. 82-82 Tsudori, Kyushu Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Hajime Watanabe No. 1-282 Watanabe, Chuo-ku, Fukuoka-shi, Fukuoka Kyushu Electric Power Co., Inc. (72) Kunio Ota Fuso, Amagasaki-shi, Hyogo 1-8 Machi Sumitomo Metal Technology Co., Ltd.
Claims (1)
断応力との関係に基づき金属材の寿命を評価する方法に
おいて、 評価対象と実質的に同一の材質のサンプル複数に異なる
熱履歴を経させた上で各サンプルの硬度を測定し、測定
結果に基づきその硬度と各熱履歴に対応する時間・温度
パラメータとの関係を予め求めておき、評価対象の硬度
を測定し、測定硬度と前記関係とにより評価対象に係る
時間・温度パラメータを特定し、 特定した時間・温度パラメータに基づいてその寿命を評
価することを特徴とする金属材の寿命評価方法。1. A method for evaluating the life of a metal material based on the relationship between time / temperature parameters representing thermal history and fracture stress, wherein a plurality of samples of substantially the same material as the object of evaluation are subjected to different thermal histories. The hardness of each sample is then measured, and the relationship between the hardness and the time and temperature parameters corresponding to each thermal history is obtained in advance based on the measurement result, the hardness of the evaluation target is measured, and the measured hardness and the relationship A method for evaluating the life of a metal material, characterized in that the time / temperature parameter related to the evaluation target is specified by and the life is evaluated based on the specified time / temperature parameter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31624992A JPH06148049A (en) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | Life evaluation method for metal materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31624992A JPH06148049A (en) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | Life evaluation method for metal materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06148049A true JPH06148049A (en) | 1994-05-27 |
Family
ID=18074992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31624992A Withdrawn JPH06148049A (en) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | Life evaluation method for metal materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06148049A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103267683A (en) * | 2013-04-28 | 2013-08-28 | 扬州大学 | A method of determining the remaining useful life of heat-resistant metallic materials |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP31624992A patent/JPH06148049A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103267683A (en) * | 2013-04-28 | 2013-08-28 | 扬州大学 | A method of determining the remaining useful life of heat-resistant metallic materials |
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